[发明专利]一种定转子双锥形倒角的无轴承开关磁阻电机

说明书

本发明公开了一种定转子双锥形倒角的无轴承开关磁阻电机，包括两个12/4极电机，每个电机均包括定、转子。第一、第二转子在电机轴向两侧端部呈锥形外倒角结构，第一、第二定子在电机轴向两侧端部呈锥形内倒角结构，当第一定子上绕组电流导通后，其端部内倒角与第一转子端部外倒角之间产生磁拉力，作用在第一转子上，力的方向与倒角的角度垂直往定子方向为正方向；同样给第二电机中绕组通电流，转子同样也受到磁拉力，其轴向分量与第一转子所受到的轴向力方向相反，通过调节第一和第二电机中绕组导通电流可实现电机转子轴向合力的控制，进而实现轴向悬浮，另外，两个电机可实现各自径向两自由度悬浮，最终实现五自由度悬浮。

技术领域

本发明涉及一种定转子双锥形倒角的无轴承开关磁阻电机，属于电机类的磁悬浮开关磁阻电机技术领域。

背景技术

随着稀土价格的逐年升高，永磁电机的生产成本愈加提高。开关磁阻电机定转子不采用永磁体材料，生产成本得以降低。同时，开关磁阻电机结构简单，可靠性高，由于开关磁阻电机定转子为凸极结构，在电机运行过程中，存在转矩脉动，进而引起电机振动，加剧电机内机械轴承的磨损，大大降低了轴承的使用寿命，无法在高速电机应用领域得到推广与发展。

为了减少电机转子在运动过程中的振动，将机械轴承替换为磁轴承，让电机转子悬浮在定子内，并抑制转子的振动，为电机高速化发展过程中所遇到的问题提供了解决方案。传统的磁悬浮开关磁阻电机是由两台径向磁轴承和一台传统开关磁阻电机组成，轴向空间利用率低，使得电机的功率密度无法提高。

无轴承开关磁阻电机作为传统开关磁阻电机与磁轴承的集合体，在实现磁轴承功能的前提下，减小电机的轴向体积，从而提高电机的功率密度。无轴承开关磁阻电机中的定子不仅给转子提供转矩力，同时也提供径向悬浮力，保证电机在高速中的稳定可靠运行，但一般的无轴承开关磁阻电机只能实现四自由度悬浮，若要实现五自由度悬浮，另外还需增加一台轴向磁轴承，如何在实现四个径向悬浮和一个轴向悬浮的基础上，将电机的轴向尺寸做到最小，是目前的研究难点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种定转子双锥形倒角的无轴承开关磁阻电机，该电机在保证径向四自由度悬浮的同时，具备较大的轴向承载力，功率密度高等特点。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种定转子双锥形倒角的无轴承开关磁阻电机，包括第一电机、第二电机以及转轴；所述第一电机与第二电机的结构相同，第一电机包括第一转子、第一定子、第一绕组线圈，第二电机包括第二转子、第二定子、第二绕组线圈，第一转子嵌套在第一定子内，第二转子嵌套在第二定子内，第一转子、第二转子共用一根转轴；

第一转子和第二转子的齿极数均为4，第一转子的齿极与第二转子的齿极错开15°机械角度；第一定子和第二定子的齿极数均为12，第一定子的齿极和第二定子的齿极相对，第一定子每个齿极上绕有第一绕组线圈，第二定子每个齿极上绕有第二绕组线圈，第一绕组线圈和第二绕组线圈均独立控制；

第一转子和第二转子均为外凸极圆柱结构，且第一转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形外倒角结构，第一转子的所有齿极另一侧端面与第二转子的所有齿极另一侧端面相对；

第一定子和第二定子均为内凸极圆柱结构，且第一定子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形内倒角结构，第二定子的所有齿极位于同一侧的端面为锥形内倒角结构，第一定子的所有齿极另一侧端面与第二定子的所有齿极另一侧端面相对。

作为本发明的一种优选方案，所述第一转子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形外倒角尺寸相等，第二转子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形外倒角尺寸相等。

作为本发明的一种优选方案，所述第一定子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形内倒角尺寸相等，第二定子的所有齿极位于同一侧的端面的锥形内倒角尺寸相等。